基于UDS框架的水滴撞击特性数值计算方法

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1、第33卷第1期2016年2月沈阳航空航天大学学报JournalofShenyangAerospaceUniversityV-01．33NO．1Feb．2016文章编号：2095—1248(2016)01—0008—05基于UDS框架的水滴撞击特性数值计算方法毛晓东1，卜雪琴2，赵国昌1，王建明1(1．沈阳航空航天大学航空航天工程学部(院)，沈阳110136；2．北京航空航天大学航空科学与工程学院，北京100191)摘要：为了预Nz-维／三维复杂表面在可压／不可压流动状态下的水滴撞击特性，提出了一种基于UDS框架的水滴撞击特性数值计算方法。水滴相和空气相认为单向耦合，空气相流场由N—s方程

2、预先求得。水滴相控制方程基于FLUENT中LIDS输运方程框架，自定义编程迭代求解。为了排除壁面处水滴，给出一种水滴撞击壁面边界条件处理方法。引入具有自适应性的人工数值扩散项以增加计算稳定性，避免局部水滴容积分数异常大导致解的奇异。验证计算了二维圆柱和三维球面，通过与公开文献中试验数据的对比，证明了本文计算方法的准确性和有效性，能很好的解决复杂表面在各种流动状态下的水滴撞击特性预测。关键词：UDS框架；水滴撞击；结冰；二相流；数值计算中图分类号：V211．3文献标志码：Adoi：10．3969／j．issn．2095—1248．2016．01．002Calculationofwaterd

3、ropletimpingementcharacteristicsbasedonUDSframeMAOXiao—don91，BUXue．qin2，ZHAOGuo．chan91，WANGJian．min91(1．FacultyofAerospaceEngineering，ShenyangAerospaceUniversity，Shenyang110136，China；2．SchoolofAeronauticScienceandEngineering，BeijingUniversityofAeronauticsandAstronautics，BeOing100191，China)Abstrac

4、t：Inordertopredictthewaterdropletimpingementcharacteristicsof2-dimensionaland3-dimen—sionalsurfacesundercompressibleanduncompressibleflowconditions，acalculationmethodbasedonUDSframewasapproached．Theair—droplettwo—phaseflowwasconsideredasone-waycoupled．Theairflowfieldcouldbesolvedpreviouslyandinde

5、pendentlyusingN—Sequations．Thedropletcontrolequationswereuser—programedanditeratedunderfluentUDSframe．Toremovethedropletfromwallboundaries，atreatmentofboundaryconditionsontheimpingementsurfaceswasgiven．Aself-adaptationartificialnumericaldiffusionmodelwasproposedtOenhancetheiterationstabilityandav

6、oidthesingularityofdropletvolumefractioninlocalizedregion．Validationcaseswereperformedfortypical2-dimensionalcylinderand3-dimensionalsphere，throughthecomparisonwiththepublishedexperimentalresults，theapproachedcalculationmethodwasprovedtobeaccurateandeffectiveinpredictingthedropletimpingementchara

7、cteristicsoncomplexsur-facesundervariousflowconditions．Keywords：UDSframe；waterdropletimpingement；icing；two—phaseflow；numericalcalculation当飞机在某些特殊的气象条件下飞行时，飞机表面以及航空发动机相关部件表面，均有可能收稿日期：2015—09—17基金项目：国家自然科学基金(项目编号：5120600